(57)【要約】【課題】単純な構成の合成光学系を用いて、各光源からの照明光を合成して高輝度の照明光を射出することができる照明装置を提供する。【解決手段】互いに交差する方向に光軸を向けて配置された一対の光源からそれぞれ構成される複数の光源群１５，３５，５５と、複数の光源群１５，３５，５５における一対の光源の光軸の交点上に配置され、透過領域と反射領域とを有する平板状の光学ディスク１０１と、光学ディスク１０１を法線回りに回転させるモーターと、モーターの回転に同期させて光源をパルス状に発光させる制御部とを備え、光学ディスク１０１が、光源群ごとに一対の光源からの照明光を時分割に合成して同一平面上に射出する照明装置１を採用する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに交差する方向に光軸を向けて配置された一対の光源からそれぞれ構成される複数の光源群と、
該複数の光源群における前記一対の光源の光軸の交点上に配置され、透過領域と反射領域とを有する平板状の光学素子と、
該光学素子を法線回りに回転させる回転手段と、
該回転手段の回転に同期させて前記光源をパルス状に発光させる制御手段とを備え、
前記光学素子が、前記光源群ごとに前記一対の光源からの照明光を時分割に合成して同一平面上に射出する照明装置。
【請求項２】
前記光学素子により時分割に合成された各光源群からの照明光を、前記同一平面上に合成して射出する合成手段を備える請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光源群ごとに異なるスペクトルの照明光を射出する請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
各前記光源に入力される電流値が、直流発光時の定格電流値よりも高く設定されている請求項１に記載の照明装置。
【請求項５】
複数の前記光源群が、互いに平行する方向に光軸を向けて前記同一平面に沿う方向に並んで配置されている請求項１に記載の照明装置。
【請求項６】
複数の前記光学素子を備え、
複数の前記光学素子が、その射出方向に並んで配置されている請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
複数の前記光源群が、互いに交差する方向に光軸を向けて前記同一平面上に配置されている請求項１に記載の照明装置。
【請求項８】
２つの前記光学素子を備え、
一方の前記光学素子の射出光軸の交点上に他方の前記光学素子が配置されている請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の照明装置と、
該照明装置により照明された被写体の像を取得する撮像部とを備える撮像システム。
【請求項１０】
前記撮像部の撮像中に前記光源を発光させるとともに、前記撮像部からの撮像データ転送中には前記光源の発光を停止させる請求項９に記載の撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置およびこれを備える撮像システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の光源を時分割で順次パルス発光させ、その発光周期にあわせて反射領域と透過領域を有する光路変換ディスクを回転駆動させることで、複数の光源からの照明光を時分割に合成して、高輝度の光を照射する照明装置が知られている（例えば、特許文献１から３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−８９１３９号公報
【特許文献２】特開２００８−２７６２０９号公報
【特許文献３】特開２００８−０４１４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の照明装置によれば、複数波長の照明光を同時に高輝度化させたい場合、特許文献２のように、各波長のそれぞれにおいて光路変換ディスクが必要となるため、装置自体が大型化してしまうとともに、製造コストが増大してしまうという不具合がある。
【０００５】
また、特許文献３に記載の照明装置によれば、光路変換ディスクの複数の領域に照明光を照射することで、複数波長の照明光を同時に高輝度化させることは可能である。しかしながら、光路変換ディスクの回転軸に対して円環状に照明光を照射しているため、波長ごとに時分割合成された各照明光の光軸が同一平面内に存在していない。そのため、各照明光を合成する合成光学系の配置が複雑になるという不具合がある。
【０００６】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、単純な構成の合成光学系を用いて、各光源からの照明光を合成して高輝度の照明光を射出することができる照明装置およびこれを備える撮像システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様は、互いに交差する方向に光軸を向けて配置された一対の光源からそれぞれ構成される複数の光源群と、該複数の光源群における前記一対の光源の光軸の交点上に配置され、透過領域と反射領域とを有する平板状の光学素子と、該光学素子を法線回りに回転させる回転手段と、該回転手段の回転に同期させて前記光源をパルス状に発光させる制御手段とを備え、前記光学素子が、前記光源群ごとに前記一対の光源からの照明光を時分割に合成して同一平面上に射出する照明装置である。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、回転手段により平板状の光学素子が回転させられることで、複数の光源群において、各光源の光軸上に透過領域と反射領域とが順次配置される。この場合において、制御手段により回転手段の回転に同期させて光源をパルス状に発光させることで、光源群毎に、互いに交差する方向に光軸を向けて配置された一対の光源からの照明光が、時分割に合成されて同一平面上に射出される。
【０００９】
このようにすることで、各光源からパルス発光により射出された高輝度の照明光を、光源群ごとに時分割に合成して同一平面上に射出することができる。このように、各光源群からの時分割合成された照明光が同一平面上に射出されるため、これら時分割合成された照明光を合成する場合において、その合成手段の構成を単純化することができる。また、各光源を同一平面上に並べて配置することができ、装置自体の構成を単純化することができ、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００１０】
第１の態様において、前記光学素子により時分割に合成された各光源群からの照明光を、前記同一平面上に合成して射出する合成手段を備えることとしてもよい。
このような構成を有することで、光学素子によって時分割に合成されて同一平面上に射出された各光源群からの照明光を、合成手段により合成して同一平面上に射出することができる。このように、合成手段への入射光軸と合成手段からの射出光軸とを同一平面上に配置することで、合成手段を単純な構成とすることができる。また、合成光として、各光源群からの照明光が重畳された高輝度の照明光を射出することができる。
【００１１】
第１の態様において、前記光源群ごとに異なるスペクトルの照明光を射出することとしてもよい。
光源群ごとに異なるスペクトルの照明光を射出することで、合成光の演色性を向上することができる。また、例えば、各光源群がＲ、Ｇ、Ｂの照明光を射出する場合には、これら光源群からの照明光を合成することで、白色光の合成光を射出することができる。
【００１２】
第１の態様において、各前記光源に入力される電流値が、直流発光時の定格電流値よりも高く設定されていることとしてもよい。
このようにすることで、各光源から高輝度の照明光をパルス状に射出することができ、これら照明光を時分割に合成することで、連続的な高輝度の照明光として各光源群から射出することができる。
【００１３】
第１の態様において、複数の前記光源群が、互いに平行する方向に光軸を向けて前記同一平面に沿う方向に並んで配置されていることとしてもよい。
第１の態様において、複数の前記光学素子を備え、複数の前記光学素子が、その射出方向に並んで配置されていることとしてもよい。
【００１４】
第１の態様において、複数の前記光源群が、互いに交差する方向に光軸を向けて前記同一平面上に配置されていることとしてもよい。
第１の態様において、２つの前記光学素子を備え、一方の前記光学素子の射出光軸の交点上に他方の前記光学素子が配置されていることとしてもよい。
【００１５】
本発明の第２の態様は、上記の照明装置と、該照明装置により照明された被写体の像を取得する撮像部とを備える撮像システムである。
このような撮像システムによれば、上記の照明装置を備えているため、単純な構成で高輝度の照明光を被写体に照射することができ、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００１６】
第２の態様において、前記撮像部の撮像中に前記光源を発光させるとともに、前記撮像部からの撮像データ転送中には前記光源の発光を停止させることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、単純な構成の合成光学系を用いて、各光源からの照明光を合成して高輝度の照明光を射出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る照明装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１の照明装置の概略構成を示す側面図である。
【図３】図１の光学ディスクにおける各照明領域に透過領域が配置された状態を示す図である。
【図４】図１の光学ディスクにおける各照明領域に反射領域が配置された状態を示す図である。
【図５】図１の光学ディスクにおける照明領域Ａの中心位置、Ｘ軸の成す角、遷移期間を示す図である。
【図６】図１の光学ディスクにおける照明領域Ｂの中心位置、Ｘ軸の成す角、遷移期間を示す図である。
【図７】図１の光学ディスクにおける照明領域Ｃの中心位置、Ｘ軸の成す角、遷移期間を示す図である。
【図８】図１の照明装置における各光源の発光タイミングを示すタイミングチャートであり、（ａ）照明領域Ａに対する占有率、（ｂ）光源１０の光量、（ｃ）光源２０の光量、（ｄ）合成光の光量をそれぞれ示している。
【図９】図１の照明装置における各光源の発光タイミングを示すタイミングチャートであり、（ａ）照明領域Ｂに対する占有率、（ｂ）光源３０の光量、（ｃ）光源４０の光量をそれぞれ示している。
【図１０】図１の照明装置における各光源の発光タイミングを示すタイミングチャートであり、（ａ）照明領域Ｃに対する占有率、（ｂ）光源５０の光量、（ｃ）光源６０の光量をそれぞれ示している。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る照明装置の概略構成を示す平面図である。
【図１２】図１１の光学ディスクにおける各照明領域の配置を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る撮像システムの概略構成図である。
【図１４】本発明の第１の変形例に係る照明装置の概略構成を示す平面図である。
【図１５】図１４の照明装置の概略構成を示す側面図である。
【図１６】図１４の光学ディスクにおける各照明領域の配置を示す図である。
【図１７】本発明の第２の変形例に係る照明装置の概略構成を示す平面図である。
【図１８】図１７の光学ディスクにおける各照明領域の配置を示す図である。
【図１９】本発明の第３の変形例に係る照明装置の概略構成を示す平面図である。
【図２０】図１９の光学ディスクにおける各照明領域の配置を示す図である。
【図２１】本発明の第４の変形例に係る照明装置の概略構成を示す平面図である。
【図２２】図２１の光学ディスクにおける各照明領域の配置を示す図である。
【図２３】図２１の光学ディスクにおける照明領域の配置を示す図である。
【図２４】図２１の照明装置における各光源の発光タイミングを示すタイミングチャートであり、（ａ）光源２０の光量、（ｂ）光源１０の光量、（ｃ）光源４０の光量、（ｄ）光源３０の光量をそれぞれ示している。
【図２５】図２１の照明装置における光学ディスクの透過領域および反射領域と各照明領域との位置関係を示す図であり、（ａ）はθ１００＝４５°、（ｂ）はθ１００＝１３５°、（ｃ）はθ１００＝２２５°、（ｄ）はθ１００＝３１５°の状態をそれぞれ表している。
【図２６】図２１の照明装置における光学ディスクの透過領域および反射領域と各照明領域との位置関係を示す図であり、（ａ）はθ１１０＝１３５°、（ｂ）はθ１１０＝２２５°、（ｃ）はθ１１０＝３１５°、（ｄ）はθ１１０＝４５°の状態をそれぞれ表している。
【図２７】比較として示す照明装置の概略構成を示す平面図である。
【図２８】本発明の第５の変形例に係る照明装置の発光タイミングを示すタイミングチャートであり、（ａ）光源２０の光量、（ｂ）光源１０の光量、（ｃ）光源４０の光量、（ｄ）光源３０の光量、（ｅ）撮像ユニットのデータ取得／転送タイミングをそれぞれ示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第１の実施形態〕
以下に、本発明の第１の実施形態に係る照明装置について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る照明装置１を上から見た図、図２は本発明の第１の実施形態に係る照明装置１を横から見た図である。
【００２０】
図１および図２に示すように、本実地形態に係る照明装置１は、一対の光源からそれぞれ構成される複数の光源群１５，３５，５５と、各光源群における一対の光源の光軸の交点上に配置された光路変換デバイス１００と、各光源をパルス状に発光させる制御部（図示略）とを備えている。また、光路変換デバイス１００の射出光軸上（光路Ａ，Ｂ，Ｃ）には、各光源群からの照明光を合成する合成部（合成手段）２１０が設けられている。
【００２１】
光源群１５，３５，５５は、図２に示すように、その射出光軸（光路Ａ，Ｂ，Ｃ）が平行に配置されている。また、光源群１５，３５，５５は、各光源群の射出光軸（光路Ａ，Ｂ，Ｃ）により規定される平面（同一平面）上において、各射出光軸（光路Ａ，Ｂ，Ｃ）に直交する方向に並んで配置されている。
【００２２】
光源群１５は、互いに直交する方向に光軸を向けて配置された一対の光源１０，２０から構成されている。
光源１０は、例えばＬＥＤ等の第一の発光体１１と、第１の発光体１１から射出された照明光を光路切り替えデバイス１００に導光する第１のレンズ系１２とを有している。
光源２０は、光源１０と同様の構成を有しており、第２の発光体２１と、第２のレンズ系２２とを有している。
【００２３】
光源群３５は、互いに直交する方向に光軸を向けて配置された一対の光源３０，４０から構成されている。
光源３０は、光源１０と同様の構成を有しており、第３の発光体３１と、第３のレンズ系３２とを有している。
光源４０は、光源１０と同様の構成を有しており、第４の発光体４１と、第４のレンズ系４２とを有している。
【００２４】
光源群５５は、互いに直交する方向に光軸を向けて配置された一対の光源５０，６０から構成されている。
光源５０は、光源１０と同様の構成を有しており、第５の発光体５１と、第５のレンズ系５２とを有している。
光源６０は、光源１０と同様の構成を有しており、第６の発光体６１と、第６のレンズ系６２とを有している。
【００２５】
また、光源１０と光源２０は同一の発光スペクトルＡを、光源３０と光源４０は同一の発光スペクトルＢを、光源５０と光源６０は同一の発光スペクトルＣとをそれぞれ有している。すなわち、光源群ごとに異なるスペクトルの照明光を射出するようになっている。
【００２６】
光路切り替えデバイス１００は、図１および図２に示されるように、各光源群における一対の光源の光軸の交点上に配置された平板状の光学ディスク（光学素子）１０１と、光学ディスク１０１を法線回りに回転駆動させるモーター（回転手段）１０２とから構成されている。
【００２７】
光学ディスク１０１には、図３に示されるように、それぞれ半円形状に形成された、光を透過する透過領域１０１Ｔと光を反射する反射領域１０１Ｒとが隣接して設けられている。本実施形態においては、光学ディスク１０１に対する透過用の光源と反射用の光源との比率が１：１であるため、透過領域１０１Ｔと反射領域１０１Ｒとの面積比が１：１に形成された光学ディスク１０１を採用する。
【００２８】
光源１０，２０は、光学ディスク１０１の照明領域Ａを照射する。また、光源３０，４０は、光学ディスク１０１の照明領域Ｂを照射する。また、光源５０，６０は、光学ディスク１０１の照明領域Ｃを照射する。なお、照明領域Ａと照明領域Ｂと照明領域Ｃが、１列に配置されるように、光源１０と光源２０と光源３０と光源４０と光源５０と光源６０はそれぞれ配置されている。
【００２９】
この光学ディスク１０１を、モーター１０２によって法線周りに回転駆動させることにより、照明領域Ａ、照明領域Ｂ、照明領域Ｃに、反射領域１０１Ｒと透過領域１０１Ｔとが連続的に交互に配置されるようになっている。
この状態において、制御部（図示略）は、モーター１０２の回転に同期させて各光源をパルス状に発光させる。このようにすることで、光学ディスク１０１により、光源群ごとに、一対の光源からの照明光が、時分割に合成されて同一平面上に射出される。
【００３０】
具体的には、例えば図３に示すように、照明領域Ａ、照明領域Ｂ、照明領域Ｃに透過領域１０１Ｔが配置された場合には、光源１０と光源３０と光源５０に、図示しない電源から駆動電流が供給され、これら光源から照明光が射出される。その際、光源１０からの射出された照明光は、透過領域１０１Ｔを通過し、光路Ａへ導光される。また、光源３０からの射出された照明光は、透過領域１０１Ｔを通過し、光路Ｂへ導光される。また、光源５０からの射出された照明光は、透過領域１０１Ｔを通過し、光路Ｃへ導光される。
【００３１】
一方、図４のように、照明領域Ａ、照明領域Ｂ、照明領域Ｃに反射領域１０１Ｒが配置された場合には、光源２０と光源４０と光源６０に、図示しない電源から駆動電流が供給され、これら光源から照明光が射出される。その際、光源２０からの射出された照明光は、反射領域１０１Ｒで反射され、光路Ａへ導光される。また、光源４０からの射出された照明光は、反射領域１０１Ｒで反射され、光路Ｂへ導光される。また、光源６０からの射出された照明光は、反射領域１０１Ｒで反射され、光路Ｃへ導光される。
【００３２】
合成部２１０は、光路Ｃに配置されたミラー２０１と、光路Ｂに配置されたダイクロイックミラー２０２と、光路Ａに配置されたダイクロイックミラー２０３とから構成されている。これらミラー２０１、ダイクロイックミラー２０２，２０３は、各光源群の射出光軸（光路Ａ，Ｂ，Ｃ）により規定される平面（同一平面）上において、各射出光軸（光路Ａ，Ｂ，Ｃ）に直交する方向に並んで配置されている。
【００３３】
上記構成を有する合成部２１０によって、光路Ｃに導光された各照明光は、図２に示すように、ミラー２０１によって反射され、その後、ダイクロイックミラー２０２とダイクロイックミラー２０３を透過し、光路Ｄへ導光される。
また、光路Ｂに導光された各照明光は、ダイクロイックミラー２０２で反射され、その後、ダイクロイックミラー２０３を透過し、光路Ｄへ導光される。
また、光路Ａに導光された各照明光は、ダイクロイックミラー２０３で反射され、光路Ｄへ導光される。
【００３４】
なお、ダイクロイックミラー２０２は、発光スペクトルＣを透過し、発光スペクトルＢを反射するように設計されている。また、ダイクロイックミラー２０３は、発光スペクトルＢと発光スペクトルＣを透過し、発光スペクトルＡを反射するように設計されている。
このような構成を有することで、合成部２１０は、各光源群からの照明光を合成して光路Ｄに射出するようなっている。
【００３５】
次に、各光源の点灯タイミングの詳細について、図５、図６、図７、図８、図９を用いて説明する。
図５において、点Ｇａは照明領域Ａの中心を表しており、θＡは点ＧａとＸ軸の成す角である。また、φＡは、照明領域Ａが透過領域１０１Ｔから反射領域１０１Ｒへ切り替わる遷移期間を角度として表したものである。
【００３６】
図６において、点Ｇｂは照明領域Ｂの中心を表しており、θＢは点ＧｂとＸ軸の成す角である。またφＢは、照明領域Ｂが透過領域１０１Ｔから反射領域１０１Ｒへ切り替わる遷移期間を角度として表したものである。
【００３７】
図７において、点Ｇｃは照明領域Ｂの中心を表しており、θＣは点ＧｃとＸ軸の成す角である。またφＣは、照明領域Ｃが透過領域１０１Ｔから反射領域１０１Ｒへ切り替わる遷移期間を角度として表したものである。
【００３８】
図８（ａ）は、光学ディスク１０１の回転角度と、照明領域Ａに対する占有率との関係を表している。グラフの実線は透過領域（透過領域１０１Ｔ）の占有率、点線は反射領域（反射領域１０１Ｒ）の占有率をそれぞれ表している。図８（ｂ）は、光源１０の点灯タイミングを示している。図８（ｃ）は、光源２０の点灯タイミングを示している。
【００３９】
光源１０と光源２０の点灯タイミングは、遷移期間φＡにおいて双方が点灯するように設定されている。このように点灯タイミングをオーバーラップすることで、時分割合成後の光量は、図８（ｄ）で示されているとおり、常に一定となる。光源１０と光源２０に投入される電流は、ＤＣ定格時のそれよりも大きくすることで、各光源の輝度Ｌは瞬間的にＤＣ定格時よりも大きくなる。そのため、得られる合成後の光量Ｌ０は、常にＤＣ定格時の光量よりも大きくなる。
【００４０】
図９（ａ）は、光学ディスク１０１の回転角度と、照明領域Ｂに対する占有率との関係を表している。図９（ｂ）、図９（ｃ）は、それぞれ光源３０，４０の点灯タイミングを表している。これらは図８と同様、遷移期間φＢを考慮しているので、常にＤＣ定格時の光量を上回っている。
【００４１】
図１０（ａ）は、光学ディスク１０１の回転角度と、照明領域Ｃに対する占有率との関係を表している。図１０（ｂ）、図１０（ｃ）は、それぞれ光源５０，６０の点灯タイミングを表している。これらは図８と同様、遷移期間φＣを考慮しているので、常にＤＣ定格時の光量を上回っている。
【００４２】
以上のように、本実施形態に係る照明装置１によれば、モーター１０２により平板状の光学ディスク１０１が回転させられることで、複数の光源群１５，３５，５５において、各光源の光軸上に透過領域１０１Ｔと反射領域１０１Ｒとが順次配置される。この場合において、制御部（図示略）によりモーター１０２の回転に同期させて各光源をパルス状に発光させることで、光源群ごとに、一対の光源からの照明光が、時分割に合成されて同一平面（光路Ａ，Ｂ，Ｃにより規定される平面）上に射出される。
【００４３】
このようにすることで、光源群ごとに、各光源からパルス発光により射出された高輝度の照明光を、時分割に合成して同一平面上に射出することができる。このように、各光源群からの時分割合成された照明光が同一平面上に射出されるため、これら時分割合成された照明光を合成する場合において、その合成部２１０の構成を単純化することができる。また、各光源を同一平面上に並べて配置することができ、装置自体の構成を単純化することができ、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。また、合成光として、各光源群からの照明光が重畳された高輝度の照明光を射出することができる。
【００４４】
また、光源群ごとに異なるスペクトルの照明光を射出することで、合成光の演色性を向上することができる。また、例えば、各光源群がＲ、Ｇ、Ｂの照明光を射出する場合には、これら光源群からの照明光を合成することで、白色光の合成光を射出することができる。
【００４５】
また、各光源に入力される電流値を、ＤＣ発光（直流発光）時の定格電流値よりも高く設定することで、各光源から高輝度の照明光をパルス状に射出することができ、これら照明光を時分割に合成することで、連続的な高輝度の照明光として各光源群から射出することができる。
【００４６】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る照明装置２について、図面を参照して説明する。
本発明形態に係る照明装置２が第１の実施形態に係る照明装置１と異なる点は、各光源から光路切り替えデバイスに照射される領域が異なる点である。以下、本実施形態の照明装置２について、第１の実施形態に係る照明装置１と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００４７】
本実施形態に係る照明装置２は、図１１に示すように、光源１０，２０から構成される光源群１５と、光源３０，４０から構成される光源群３５と、光源１０，２０から射出された照明光を光路Ａに、光源３０，４０から射出された照明光を光路Ｂに、それぞれ時分割合成する光路変換デバイス１００とを備えている。また、光源１０と光源２０は同一の発光スペクトルＡを、光源３０と光源４０は同一の発光スペクトルＢを、それぞれ有している。また、光路Ａからの照明光と光路Ｂからの照明光とは、ダイクロイックミラー（合成手段）２００によって合成され、光路Ｃへ導光される。
【００４８】
光路切り替えデバイス１００は、図１２に示されるように、光を透過する透過領域１０１Ｔと光を反射する反射領域１０１Ｒとが隣接して設けられている。
光源１０，２０は、光学ディスク１０１の照明領域Ａを照射する。また、光源３０，４０は、光学ディスク１０１の照明領域Ｂを照射する。なお、照明領域Ａと照明領域Ｂが、図１２で示したようにＹ軸対称となるように、光源１０，２０と、光源３０，４０はそれぞれ配置されている。
【００４９】
各光源の点灯タイミングについては、第１の実施形態と同様に、透過領域１０１Ｔと反射領域１０１Ｒの占有率と同期して、各光源を点灯させる。
第１の実施形態に係る照明装置１では、波長毎に時分割合成された各光源群からの照明光の光軸が同一面内に平行に配置されていたため、光路を変更するために、例えばミラー２０１が必要であった。これに対して、本実施形態に係る照明装置２では、波長毎に時分割合成された各光源群からの照明光の光軸は、同一面内に配置されているが、平行でないため、ミラー２０１（図２参照）のような光路を変更させる光学素子を必要としない利点がある。
【００５０】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態として、本発明に係る照明装置を撮像システムに組み込み、画像の取得を行うための構成について、図１３を用いて説明する。
本実施形態に係る撮像システム３は、本発明に係る照明装置を有する光源ユニット３１と、撮像ユニット（撮像部）３２と、画像モニター３３と、画像処理部３４と、照明制御部３８と、光源駆動部３６とを備えている。
【００５１】
撮像ユニット３２は、例えばＣＣＤ等の撮像素子であり、光源ユニット３１により照射された照明光の被写体Ｓからの反射光を検出するようになっている。すなわち、撮像ユニット３２は、被写体Ｓからの反射光を受光する受光手段として機能する。また、撮像ユニット３２は、被写体Ｓからの反射光を検出することによって被写体Ｓを撮像し、撮像信号を画像処理部３４に出力するようになっている。
【００５２】
画像処理部３４は、撮像ユニット３２から出力された撮像信号を処理して、被写体Ｓの画像を生成するようになっている。画像処理部３４は入力された照明モード指示信号の内容に応じて、各照明モードに最適な画像処理を選択して、画像信号を生成する。また、画像処理部３４は、生成した被写体Ｓの画像を画像表示信号として画像モニター３３に出力する。また、画像処理部３４は、被写体Ｓの画像の明るさを画面明るさ信号として照明制御部３８に出力するようになっている。
画像モニター３３は、画像処理部３４から出力された画像表示信号に基づいて、被写体Ｓの画像を画面に表示するようになっている。
【００５３】
照明制御部３８には、画像処理部３４から出力された画面明るさ信号の他、外部から照明モード指示信号が送られる。ここで、照明モード指示信号とは、光源ユニット３１から被写体Ｓに照射する照明光を、例えば白色光や特殊光等に切り替えることを指示する信号である。
【００５４】
照明制御部３８は、画像処理部３４から出力された画面明るさ信号に基づいて、光源制御信号を生成し、該信号を光源駆動部３６に出力する。
光源駆動部３６は、照明制御部３８から出力された光源制御信号に基づいて、光源ユニット３１内の光源を駆動させるようになっている。
【００５５】
上記構成を有する撮像システム３の動作について以下に説明する。
まず、照明制御部３８からの光源制御信号によって光源駆動部３６が制御される。そして光源駆動部３６の光源駆動信号と同期して、光源ユニット３１の点灯制御が行われ、高効率な照明光が被写体Ｓに照射される。被写体Ｓからの反射光は、撮像ユニット３２により検出され、そこで得られた撮像信号は、画像処理部３４により画像処理が施され、画像モニター３３上に映像として表示される。
【００５６】
また、上述した光源制御信号は、画面明るさ信号や照明モード指示信号などを元に構成されている。画面明るさ信号は、得られた撮像信号を画像処理部３４で処理する際に得られ、例えば、光源の輝度調整値を指示する信号である。照明モード指示信号は、特定の複数の異なるスペクトルを有する照明モードを切り替える信号で、例えば、ある照明モード下では、特定の光源にのみ電力を供給するように制御している。
【００５７】
本実施形態に係る撮像システム３によれば、前述の実施形態に係る照明装置を備えているため、単純な構成で高輝度の照明光を被写体Ｓに照射することができ、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００５８】
なお、本実施形態に係る撮像システム３の具体的な適用例としては、例えば内視鏡システム（例えば、特開２０１０−２２７７２号公報参照）や電子カメラを用いた顕微鏡システムが考えられる。
【００５９】
以下に、前述の各実施形態に係る照明装置１，２の変形例について説明する。なお、以降では、各変形例に係る照明装置について、前述の各実施形態に係る照明装置１，２と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００６０】
〔第１の変形例〕
まず、第１の実施形態に係る照明装置１の第１の変形例について説明する。
図１４は本変形例に係る照明装置４を上から見た図、図１５は本変形例に係る照明装置４を横から見た図である。
【００６１】
本変形例に係る照明装置４は、図１４および図１５に示すように、第１の実施形態に係る照明装置１の構成（図１および図２参照）に加えて、光路変換デバイス１００の射出光軸方向に並んで配置された光路変換デバイス１１０と、光路変換デバイス１１０に光軸を向けて配置された光源３０とを備えている。
【００６２】
光源１０と光源２０と光源３０は、発光スペクトルＡを有しており、光路切り替えデバイス１００と光路切り替えデバイス１１０によって、光路Ａに時分割合成される。また、光源４０と光源５０と光源６０は、発光スペクトルＢを有しており、光路切り替えデバイス１００と光路切り替えデバイス１１０によって、光路Ｂに時分割合成される。また光源７０と光源８０と光源９０は、発光スペクトルＣを有しており、光路切り替えデバイス１００と光路切り替えデバイス１１０によって、光路Ｃに時分割合成される。
【００６３】
光路Ｃに導光された光は、ミラー２０１によって反射され、その後、ダイクロイックミラー２０２とダイクロイックミラー２０３を透過し、光路Ｄへ導光される。
光路Ｂに導光された光は、ダイクロイックミラー２０２で反射され、その後、ダイクロイックミラー２０３を透過し、光路Ｄへ導光される。
光路Ａに導光された光は、ダイクロイックミラー２０３で反射され、光路Ｄへ導光される。
【００６４】
光路切り替えデバイス１００，１１０は、平板状の光学ディスク（光学素子）１０１，１１１と、光学ディスク１０１，１１１を法線回りに回転駆動させるモーター（回転手段）１０２，１１２とからそれぞれ構成されている。
【００６５】
光学ディスク１０１，１１１には、図１６に示されるように、それぞれ中心を頂点とする扇形状に形成された、光を透過する透過領域１０１Ｔと光を反射する反射領域１０１Ｒとが隣接して設けられている。本変形例において、光路切り替えデバイス１１０は、透過用の光源と反射用の光源との比率が１：２であるため、透過領域１０１Ｔと反射領域１０１Ｒとの面積比が１：２に形成された光学ディスク１１１を採用する。なお、光路切り替えデバイス１００の光学ディスク１０１については、第１の実施形態と同様の構成（図３参照）でもよく、光学ディスク１１１と同様の構成でもよい。
【００６６】
光源１０，２０，３０は、光学ディスク１０１の照明領域Ａを照射する。また光源４０，５０，６０は、光学ディスク１０１の照明領域Ｂを照射する。また光源７０，８０，９０は、光学ディスク１０１の照明領域Ｃを照射する。
【００６７】
なお、照明領域Ａと照明領域Ｂと照明領域Ｃが１列に配置されるように、光源１０，２０，３０と、光源４０，５０，６０と、光源７０，８０，９０とはそれぞれ配置されている。照明領域Ａと照明領域Ｂと照明領域Ｃを一列に配置することで、光路Ａと光路Ｂと光路Ｃからの光を合成する際、合成部２１０の構成を簡略化することができる。
【００６８】
各光源の点灯タイミングについては、第１の実施形態と同様に、透過領域と反射領域の占有率と同期して、各光源を点灯させる。
本変形例のように、光源の数を増やすことで、各光源のＤｕｔｙを下げることができる。そのため、瞬間的に投入できる電流値を大きくすることができるため、第１の実施形態に係る照明装置１よりも高輝度な光を得ることができる。
【００６９】
〔第２の変形例〕
次に、第１の実施形態に係る照明装置１の第２の変形例について説明する。
図１７は本変形例に係る照明装置５を上から見た図である。光源１０、光源２０、光源３０、光源４０、光源５０はそれぞれ発光スペクトルＡを有しており、第１の光路切り替えデバイス１００と第２の光路切り替えデバイス１１０によって、光路Ａへ時分割合成される。
【００７０】
光路切り替えデバイス１００と光路切り替えデバイス１１０は、図１８に示されるように、光を透過する透過領域１０１Ｔと光を反射する反射領域１０１Ｒとが周方向に沿って隣接して設けられている。
【００７１】
光源１０は、光路変換デバイス１００の照明領域Ａ１と光路変換デバイス１１０の照明領域Ａ１を通過し、ミラー２０１とミラー２０２で反射された後、光路変換デバイス１１０の照明領域Ａ２と光路変換デバイス１００の照明領域Ａ２を通過し、光路Ａへ導光される。
【００７２】
光源２０は、光路変換デバイス１００の照明領域Ａ１で反射された後、光路変換デバイス１１０の照明領域Ａ１を通過し、ミラー２０１とミラーと２０２で反射された後、光路変換デバイス１１０の照明領域Ａ２と光路変換デバイス１００の照明領域Ａ２を通過し、光路Ａへ導光される。
【００７３】
光源３０は、光路変換デバイス１１０の照明領域Ａ１で反射された後、ミラー２０１とミラー２０２で反射された後、光路変換デバイス１１０の照明領域Ａ２と光路変換デバイス１００の照明領域Ａ２を通過し、光路Ａへ導光される。
【００７４】
光源４０は、光路変換デバイス１１０の照明領域Ａ２で反射されたあと、光路変換デバイス１００の照明領域Ａ２を通過し、光路Ａへ導光される。
【００７５】
光源５０は、光路変換デバイス１００の照明領域Ａ２で反射され、光路Ａへ導光される。
各光源の点灯タイミングについては、第１の実施形態と同様に、透過領域と反射領域の占有率と同期して、各光源を点灯させる。
【００７６】
なお、光路変換デバイス１００と光路変換デバイス１１０における反射領域と透過領域の割合を変化させ、点灯タイミングに自由度を持たせても良い。
また、第１の実施形態と同様に、図１７における紙面奥行き方向に複数の光源を配置し、照明領域Ｂ１、照明領域Ｂ２、照明領域Ｃ１、照明領域Ｃ２を活用することで、３系統の時分割合成を同時に行うことが可能である。
【００７７】
〔第３の変形例〕
次に、第１の実施形態に係る照明装置１の第３の変形例について説明する。
図１９は本変形例に係る照明装置６を上から見た図である。光源１０、光源２０、光源３０はそれぞれ発光スペクトルＡを有しており、光路切り替えデバイス１００によって、光路Ａへ時分割合成される。
【００７８】
光路切り替えデバイス１００は、図２０に示されるように、光を透過する透過領域１０１Ｔと光を反射する反射領域１０１Ｒとが周方向に沿って隣接して設けられている。
光源１０は、照明領域Ａ１を通過し、ミラー２０１で反射された後、照明領域Ａ２で反射され、光路Ａへ導光される。
【００７９】
光源２０は、照明領域Ａ１を通過し、ミラー２０１で反射された後、照明領域Ａ２で反射され、光路Ａへ導光される。
光源３０は、照明領域Ａ２を通過し、光路Ａへ導光される。
各光源の点灯タイミングについては、第１の実施形態と同様に、透過領域と反射領域の占有率と同期して、各光源を点灯させる。
【００８０】
また、第１の実施形態と同様に、図１９における紙面奥行き方向に複数の光源を配置して、照明領域Ｂ１、照明領域Ｂ２、照明領域Ｃ１、照明領域Ｃ２を活用することで、３系統の時分割合成を同時に行うことが可能である。
【００８１】
〔第４の変形例〕
次に、第２の実施形態に係る照明装置２の第４の変形例について説明する。
図２１は本変形例に係る照明装置７を上から見た図である。光源１０、光源２０はそれぞれ発光スペクトルＡを有しており、光路切り替えデバイス１００によって、光路Ａへ時分割合成される。
【００８２】
また、光源３０、光源４０はそれぞれ発光スペクトルＢを有しており、光路切り替えデバイス１００によって、光路Ｂへ時分割合成される。
そして光路Ａへ導光された光と、光路Ｂへ導光された光は、光路切り替えデバイス１１０によって、光路Ｃへ導光される。
ここで、光路Ａと光路Ｂとは互いに直交する方向に配置されており、光路Ａと光路Ｂとの交点上に光路切り替えデバイス１１０が配置されている。
【００８３】
図２２は、光路切り替えデバイス１００の光学ディスク１０１を表しており、光源１０と光源２０から射出された照明光は、照明領域Ａを通過し、光路Ａへ導光される。また、光源３０と光源４０から射出された照明光は、照明領域Ｂを通過後、光路Ｂへ導光される。なお、反射領域１０１Ｒと透過領域１０１Ｔは、図２２のように連続的に交互に配置されている。
【００８４】
図２３は、光路切り替えデバイス１１０の光学ディスク１１１を表しており、光路Ａからの照明光と光路Ｂからの照明光は、照明領域Ｃを通過し、光路Ｃへ導光される。なお、反射領域１１１Ｒと透過領域１１１Ｔは、図２３のように連続的に交互に配置されている。
【００８５】
図２４（ａ）から図２４（ｄ）は、本変形例における各光源の点灯タイミングを表している。各光源のＤｕｔｙは点灯タイミングに合わせて最適化されている。このとき、第１の実施形態と同様に、透過領域から反射領域へ切り替わる遷移期間を考慮して、各光源の点灯タイミングをオーバーラップするようにしても良い。
【００８６】
図２５（ａ）から図２５（ｄ）は光路変換デバイス１００駆動時の、反射領域１０１Ｒと反射領域１０１Ｔと照明領域Ａと照明領域Ｂの関係を表している。ここで、θ１００は、Ｙ軸と透過領域１０１Ｔの角度を表している。
【００８７】
図２５（ａ）はθ１００＝４５°の状態を表しており、この時、光源２０が点灯している。図２５（ｂ）はθ１００＝１３５°の状態を表しており、この時、光源１０が点灯している。図２５（ｃ）はθ１００＝２２５°の状態を表しており、この時、光源４０が点灯している。図２５（ｄ）はθ１００＝３１５°の状態を表しており、この時、光源３０が点灯している。
【００８８】
図２６は光路変換デバイス１１０駆動時の、反射領域１１１Ｒと反射領域１１１Ｔと照明領域Ａと照明領域Ｂの関係を表している。またθ１１０は、Ｙ軸と反射面の角度を表している。本変形例では、θ１００とθ１１０を９０°ずらした構成を採用している。このような構成であれば、光路変換デバイス１００と光路変換デバイス１１０の回転速度が同じで良い。
【００８９】
ここで、特許文献２（特開２００８−２７６２０９号公報）の図１３の構成では、光路変換デバイス１１０の回転数を倍にする必要があるため、振動や騒音、寿命への影響が大きい。これに対して、本変形例に係る照明装置７によれば、光学ディスク１０１，１１１の回転速度を早くする必要がないため、駆動部の信頼性に関しても優位性がある。
【００９０】
また、本変形例のように、異なる発光スペクトルを合成する際に、第２の実施形態のようにダイクロイックミラーではなく、光路切り替えデバイス１１０を用いれば、合成時の光量のロスを減らすことが可能である。特に、発光スペクトルＡと発光スペクトルＢの波長が、ダイクロイックミラーによる合成では効率の悪い近接した波長の場合に有効である。また、異なる発光スペクトルを面順次照明する際にも有効である。
【００９１】
また、光源１０、２０，３０，４０は、全て同じ発光スペクトルを有していても良い。４つの光源を時分割合成する際、図２７に示すように３つの光路変換デバイス１００，１１０，１２０を並列配置した場合には、装置が大型化するが、本変形例を適用すれば小型化を図ることができる。
【００９２】
〔第５の変形例〕
次に、第３の実施形態に係る撮像システム３の第５の変形例について説明する。
本変形例において採用する照明装置８は、前述の各実施形態および各変形例に係る照明装置のいずれでもよいが、ここでは、第４の変形例に係る照明装置７と同様の構成を有することとして説明する。
【００９３】
本変形例に係る照明装置８が、第４の変形例に係る照明装置７と異なる点は、撮像ユニット３２のデータ転送時間を考慮して、各ミラーディスクの回転及び各光源の点灯タイミングを制御する点である。以下、本変形例について、第４の変形例と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００９４】
図２１に示すように、光源１０、光源２０はそれぞれ発光スペクトルＡを有しており、光路切り替えデバイス１００と光路切り替えデバイス１１０によって、光路Ｃへ時分割合成される。また光源３０、光源４０はそれぞれ発光スペクトルＢを有しており、光路切り替えデバイス１００と光路切り替えデバイス１１０によって、光路Ｃへ時分割合成される。光路Ｃへ導光された照明光は被写体に照射され、その反射光は撮像ユニット３２で検出し、そこで得られた撮像信号は画像処理が施され、画像モニター３３上に映像として表示される。
【００９５】
図２８（ａ）から図２８（ｅ）は、撮像ユニット３２のデータ転送時間を考慮した、各光源の点灯タイミングを表している。撮像ユニット３２のデータ取得時間とデータ転送時間は１対１としている。
また、第１の実施形態と同様に、透過領域から反射領域へ切り替わる遷移期間を考慮して、各光源の点灯タイミングをオーバーラップするようにしても良い。
【００９６】
発光スペクトルＡを有する照明光を射出する光源２０は、θ１００が４５°から９０°の間、点灯する。
また、発光スペクトルＡを有する照明光を射出する光源１０は、θ１００が９０°から１３５°の間、点灯する。
撮像ユニット３２は、θ１００が４５°から１３５°の間、データを取得している。またθ１００が１３５°から２２５°の間、取得したデータを転送している。
【００９７】
発光スペクトルＢを有する照明光を射出する光源４０は、θ１００が２２５°から２７０°の間、点灯する。
また、発光スペクトルＢを有する照明光を射出する光源３０は、θ１００が２７０°から３１５°の間、点灯する。
撮像ユニット３２は、θ１００が２２５°から３１５°の間、データを取得している。またθ１００が３１５°から４５°（４０５°）の間、取得したデータを転送している。
【００９８】
上述した方法であれば、撮像ユニット３２がデータを転送している間、各光源を点灯させないため、省電力化を図ることができる。または、消灯している分だけ点灯時に入力する電流値を高めることができるため、より高輝度な照明光を得ることができる。
【００９９】
以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよい。
また、第１の実施形態において、３つの光源群を並べて配置した例を説明したが、２つの光源群を並べて配置してもよく、４つ以上の光源群を並べて配置してもよい。
【０１００】
また、第２の実施形態において、２つの光源群を同一平面上に射出光軸を直交させて配置した例を説明したが、これら光源群の射出光軸を鈍角または鋭角に交差して配置してもよく、これら光源群の射出光軸を平行に配置してもよい。
また、各実施形態において、各光源群を構成する一対の光源を、互いに直交する向きに光軸を向けて配置した例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一方の光源からの照明光の透過方向に、他方の光源からの照明光の反射方向を一致させることができればよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１，２，４，５，６，７，８  照明装置
３  撮像システム
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０  光源
１５，３５，５５  光源群
３１  光源ユニット
３２  撮像ユニット（撮像部）
３３  画像モニター
３４  画像処理部
３６  光源駆動部
３８  照明制御部
１００，１１０  光路切り替えデバイス
１０１，１１１  光学ディスク（光学素子）
１０１Ｔ，１１１Ｔ  透過領域
１０１Ｒ，１１１Ｒ  反射領域
１０２，１１２  モーター（回転手段）
２１０  合成部（合成手段）
【図１】
2013050655.tif 000003
【図２】
2013050655.tif 000004
【図３】
2013050655.tif 000005
【図４】
2013050655.tif 000006
【図５】
2013050655.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013050655.tif 000009
【図８】
2013050655.tif 000010
【図９】
2013050655.tif 000011
【図１０】
2013050655.tif 000012
【図１１】
2013050655.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2013050655.tif 000016
【図１５】
2013050655.tif 000017
【図１６】
2013050655.tif 000018
【図１７】
2013050655.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2013050655.tif 000021
【図２０】
2013050655.tif 000022
【図２１】
2013050655.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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